專利名稱：一種炭黑組合物混配料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種炭黑組合物，具體涉及一種聚乙烯混配料用炭黑組合物混配料及 其制備方法。
背景技術(shù)：
高密度聚乙烯(HDPE)PE100具有普通聚乙烯管材專用料的傳統(tǒng)性能、優(yōu)點，而且 由于分子結(jié)構(gòu)的改進，使其在物理力學性能方面有非常大的提高，如壓力等級更高，管壁更 薄，并具有優(yōu)良的抵抗慢速裂紋和快速開裂擴展能力，專用料的加工性能較好，因此被用來 生產(chǎn)燃氣管材、耐壓給水管材及各種工業(yè)用管材。根據(jù)國際要求，管材料必須加有炭黑、特殊穩(wěn)定劑及加工助劑的黑色成品，同時不 允許管材生產(chǎn)廠進行顏色配混，必須由大石化生產(chǎn)廠直接提供摻有炭黑、特殊穩(wěn)定劑及加 工助劑的黑色成品，2008 2010年將陸續(xù)減少白色原料的直接使用，2010年以后不允許有 白色管材料進入管材生產(chǎn)廠。在生產(chǎn)燃氣、給水用PE管材時最好采用混配料，尤其是生產(chǎn) 燃氣用PE管材時一定要采用混配料，只有這樣產(chǎn)品質(zhì)量才能得以保證。聚乙烯管材黑色混配料的生產(chǎn)方法有兩種一種是用炭黑色母料生產(chǎn)混配料；二 是直接在聚乙烯樹脂中添加炭黑生產(chǎn)混配料。目前，在我國生產(chǎn)PE100管材的廠家中，由 于炭黑直接在高密度聚乙烯中分散困難，尚無廠家直接在本色料中直接加入炭黑生產(chǎn)混配 料，只有齊魯石化和上海石化分別采用各自的本色料PE100樹脂與PE100級炭黑色母共混， 開發(fā)了 PE100級黑色混配料牌號。在我國，已有一些廠家開發(fā)出PE100級聚乙烯管材專用炭黑色母。然而在生產(chǎn)炭 黑色母時，需要加入高密度聚乙烯基體樹脂，不同廠家生產(chǎn)的PE100級HDPE樹脂的密度、分 子量及其分布等有所不同，在生產(chǎn)PE100混配料時，外加的高密度聚乙烯基體樹脂會影響 到原來PE100樹脂的性能。因此，PE100樹脂生產(chǎn)廠家有必要開發(fā)出直接加入炭黑生產(chǎn)混 配料的方法，滿足市場的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可用于PE100級聚乙烯混配料的炭黑組合物。該組合 物包含有不大于25nm的粒徑炭黑、含有炭黑分散劑體系、含有復合熱穩(wěn)定體系(抗氧劑)、 含有碳氟聚合物(PPA)作為加工助劑、含有除酸劑。將該組合物與PE100級聚乙烯粉料進 行充分混合后，在常規(guī)的雙螺桿擠出機中進行熔融擠出，就能得到炭黑分散度良好的PE100 級聚乙烯黑色混配料。本發(fā)明的另一個目的是提供所述炭黑組合物的制備方法，工藝簡單，操作容易，適 于工業(yè)應用。本發(fā)明所述的一種炭黑組合物，由以下組分組成a.炭黑、b.炭黑分散劑、C.抗氧 劑、d.加工助劑、e.除酸劑。按重量份炭黑為100份，炭黑分散劑為20 50份，抗氧劑為 10 20份，加工助劑為0. 5 2. 5份，除酸劑3. 0 6. 0份。
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所述的炭黑為平均原生粒徑不大于25nm的炭黑，優(yōu)選為10 25nm。所述的炭黑分散劑為苯乙烯接枝改性的高密度聚乙烯。在生產(chǎn)PE100混配料時， 為了不外加其它高密度聚乙烯，在合成炭黑分散劑時選用PE100粉料進行接枝改性，這樣 在生產(chǎn)混配料時，既能夠提高炭黑的分散性，又沒有外加其它高密度聚乙烯，使PE100管材 更能體現(xiàn)自身優(yōu)異的性能。所述的抗氧劑為四[β-(3’，5’ - 二叔丁基-4’ -羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯 (抗氧劑1010)，β -(4’ -羥基-3’，5’ - 二叔丁基苯基)丙酸十八碳酸酯(抗氧劑1076)， 亞磷酸三(2，4- 二叔丁基苯基)酯(抗氧劑168)，其中主抗氧劑1010與1076分別與輔助 抗氧劑168復配使用，主抗氧劑與輔助抗氧劑重量比為1 1 1 2;也可以單獨使用硫 代受阻酚抗氧劑4，4’ -硫代雙(6-叔丁基-2-甲基苯酚)(抗氧劑736)或4，4’-硫代雙 (6-叔丁基-3-甲基苯酚)(抗氧劑300)。抗氧劑的加入，使ΡΕ100管材樹脂具有良好的耐 熱老化性能，能夠滿足氧化誘導期大于20分鐘的要求。所述的加工助劑為碳氟高聚物，包括碳氟共聚物和均聚物，為四氟乙烯、六氟乙 烯、偏氟乙烯中的至少一種或幾種單體的共聚物或均聚物。在生產(chǎn)混配料過程中，碳氟高聚 物既可以改善ΡΕ100樹脂的加工性能，又可以提高炭黑的分散性。所述的除酸劑為硬脂酸鈣和硬脂酸鋅，兩者重量比為1 1。上述炭黑組合物的制備方法，步驟如下首先將ΡΕ100粉料與苯乙烯進行熔融接枝反應，過氧化二異丙苯(DCP)為引發(fā)劑， 其中ΡΕ100粉料重量份數(shù)為100份，苯乙烯為3 6份，DCP為0. 1 0. 3份，轉(zhuǎn)數(shù)為30r/ min，在180°C條件下用雙螺桿擠出機進行熔融接枝擠出反應，直接造粒得到改性炭黑分散 劑。將炭黑、炭黑分散劑、碳氟高聚物、抗氧劑、除酸劑按照上述比例加入到高速混合器中， 混合3 5分鐘，得到炭黑組合物。本發(fā)明的炭黑組合物通過與PE100基體樹脂的粉料進行熔融共混，通過雙螺桿 擠出機進行造粒，得到PE100混配料。管材粉料和本發(fā)明的炭黑組合物的重量比例為 100 3 4. 5?；炫淞贤ㄟ^通常的管材擠出工藝得到最終的管材制品。本發(fā)明所提供的炭黑組合物，具有耐紫外線、耐熱氧老化以及提高加工性能的作 用。具有以下特點(1)本發(fā)明的可用于PE100級聚乙烯管材混配料的炭黑組合物，不同于色母料，在 不外加其它高密度聚乙烯樹脂的條件下，利用少量的PE100粉料進行接枝改性合成炭黑分 散劑，這樣既提高了炭黑的分散效果，又不影響到PE100管材自身的性能。(2)炭黑的分散性直接影響到管材的耐老化性能和力學性能。各種標準規(guī)定聚乙 烯管材中炭黑的分散性應不大于3級。本發(fā)明炭黑組合物中炭黑的原生粒徑小于25nm，炭 黑可達炭黑組合物總重的60 90% Wt0由本發(fā)明炭黑組合物制備的管材混配料中，炭黑 分散良好，炭黑分散性不大于3. 0。(3)本發(fā)明炭黑組合物中抗氧劑的加入，使混配料具有良好的耐熱老化性能，使混 配料在加工成管材后氧化誘導期時間大于20分鐘。(4)本發(fā)明炭黑組合物中PPA的加入，改善了混配料的加工性能，降低能耗，提高 了管材成品的外觀光澤度。本發(fā)明的炭黑組合物通過和管材粉料樹脂進行熔融共混得到的混配料，很容易實現(xiàn)高含量炭黑的良好分散。在不改變PE100原料自身性能和壓力管材性能的前提下，以最 有效最經(jīng)濟的手段賦予聚乙烯管材必要的抗紫外線性能。同時該混配料具有更好的加工性 能、優(yōu)良的耐熱氧穩(wěn)定性，適用于工廠直接進行黑色混配料的生產(chǎn)。
具體實施例方式首先將PE100粉料與苯乙烯進行熔融接枝反應，過氧化二異丙苯(DCP)為引發(fā)劑， 其中PE100粉料重量份數(shù)為100份，苯乙烯為3 6份，DCP為0. 1 0. 3份，轉(zhuǎn)數(shù)為30r/ min，在180°C條件下用雙螺桿擠出機進行熔融接枝擠出反應，直接造粒得到改性炭黑分散 劑。實施例1高密度聚乙烯樹脂粉料(牌號JHMGC100S，中國石油吉林石化公司生產(chǎn))。將炭黑 (牌號M800，平均原生粒徑< 25nm，美國卡博特公司(CabotCorporation)生產(chǎn))、炭黑分 散劑、碳氟高聚物(牌號FX5911，美國3M公司生產(chǎn))、抗氧劑1010(四[β-(3’，5’ - 二叔 丁基-4’ -羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯，瑞士汽巴精華生產(chǎn))、抗氧劑168 (亞磷酸三(2， 4_二叔丁基苯基)酯，瑞士汽巴精華生產(chǎn))、硬脂酸鈣(淄博塑化實業(yè)有限公司)、硬脂酸鋅 (淄博塑化實業(yè)有限公司)放入到高速混合器中，高速混合3 5分鐘，可得到本發(fā)明所述 炭黑組合物。其中炭黑100重量份，炭黑分散劑40重量份，碳氟高聚物0. 1重量份，抗氧劑 1010為8. 0重量份，抗氧劑168為8. 0重量份，硬脂酸鈣2. 0重量份，硬脂酸鋅2. 0重量份。將高密度聚乙烯樹脂粉料(牌號JHMGC100S，中國石油吉林石化公司生產(chǎn))和以 上所制備的炭黑組合物按100 4重量比在高速混合器中進行機械共混后，于雙螺桿擠出 機熔融共混擠出造粒，得到PE黑色混配料，擠出機各段溫度分別為190°C、205°C、205°C、 205°C、210°C。將所得混配料按GB/T18251-2000進行炭黑分散度測試，按GB/T13021-1991進行 炭黑含量的測試。氧化誘導期按GB/T17391-1998測試。具體性能測試結(jié)果見表1。實施例2炭黑組合物的生產(chǎn)工藝與實施例1相同。其中炭黑100重量份，炭黑分散劑20重 量份，碳氟高聚物0. 1重量份，抗氧劑1010為8. 0重量份，抗氧劑168為8. 0重量份，硬脂 酸鈣2. 0重量份，硬脂酸鋅2. 0重量份。生產(chǎn)混配料時高密度聚乙烯樹脂粉料與炭黑組合物的重量比例改為100 3，其 它加工條件相同。具體性能測試結(jié)果見表1。實施例3炭黑組合物的生產(chǎn)工藝與實施例1相同。其中炭黑100重量份，炭黑分散劑20重 量份，碳氟高聚物0. 1重量份，抗氧劑1010為6. 0重量份，抗氧劑168為10. 0重量份，硬脂 酸鈣2. 0重量份，硬脂酸鋅2. 0重量份。生產(chǎn)混配料時高密度聚乙烯樹脂粉料與炭黑組合物的重量比例改為100 4，其 它加工條件相同。具體性能測試結(jié)果見表1。實施例4
除碳氟高聚物選用美國杜邦公司的Viton外，其它條件及配方與實施例1相同。具體性能測試結(jié)果見表1。實施例5除抗氧劑選用抗氧劑300 (4，4’ -硫代雙(6-叔丁基_3_甲基苯酚，上海秀湖化工 有限公司)，重量份數(shù)為16. 0，其它條件及配方與實施例1相同。具體性能測試結(jié)果見表1。表 權(quán)利要求
一種炭黑組合物混配料的制備方法，其特征在于按重量份取炭黑100份，炭黑分散劑20～50份，抗氧劑10～20份，加工助劑0.5～2.5份，除酸劑3.0～6.0份；加工助劑為碳氟共聚物或均聚物；除酸劑為硬脂酸鈣和硬脂酸鋅，兩者重量比為1∶1；首先將PE100粉料與苯乙烯進行熔融接枝反應，過氧化二異丙苯為引發(fā)劑，按重量份PE100粉料為100份，苯乙烯為3～6份，過氧化二異丙苯為0.1～0.3份，在180℃條件下用雙螺桿擠出機進行熔融接枝擠出反應，轉(zhuǎn)數(shù)為30r/min，直接造粒得到改性炭黑分散劑；將炭黑、炭黑分散劑、加工助劑、抗氧劑、除酸劑加入到高速混合器中，混合3～5分鐘，得到炭黑組合物；按PE100基體樹脂的粉料和炭黑組合物的重量比例100∶3～4.5熔融共混，通過雙螺桿擠出機進行造粒，得到PE100基體樹脂粉料和炭黑組合物的混配料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種炭黑組合物混配料的制備方法，其特征在于炭黑平均 原生粒徑為10 25nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種炭黑組合物混配料的制備方法，其特征在于所述的抗 氧劑為四[β_(3’，5’_ 二叔丁基-4’-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯或β_(4’_羥基-3’， 5’ - 二叔丁基苯基)丙酸十八碳酸酯和亞磷酸三(2，4_ 二叔丁基苯基)酯復配使用，重量 比為1 1 2;或單獨使用硫代受阻酚抗氧劑4，4’-硫代雙(6-叔丁基-2-甲基苯酚) 或4，4’ -硫代雙(6-叔丁基-3-甲基苯酚)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種炭黑組合物混配料的制備方法，其特征在于碳氟共聚 物或均聚物為四氟乙烯、六氟乙烯、偏氟乙烯中的至少一種或幾種單體的共聚物或均聚物。
5.一種炭黑組合物混配料，其特征在于根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種炭黑組合物混配 料的制備方法制備的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種炭黑組合物及其制備方法；按重量份取炭黑100份，炭黑分散劑20～50份，抗氧劑10～20份，加工助劑0.5～2.5份，除酸劑3.0～6.0份；加工助劑為碳氟共聚物或均聚物；除酸劑為硬脂酸鈣和硬脂酸鋅，兩者重量比為1∶1；按重量份將PE100粉料100份，苯乙烯3～6份，過氧化二異丙苯0.1～0.3份，在180℃用雙螺桿擠出機熔融接枝擠出，轉(zhuǎn)數(shù)為30r/min，得到改性炭黑分散劑；將上述材料加入到高速混合器中混合；PE100基體樹脂的粉料和上述材料按重量100∶3～4.5熔融共混，雙螺桿擠出，造粒，得混配料；該料具有良好的抗紫外線老化、耐熱氧穩(wěn)定性及加工性。
文檔編號C08K5/098GK101967241SQ20091009007
公開日2011年2月9日 申請日期2009年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月27日
發(fā)明者付愉, 張海霞, 李曉東, 李連鵬, 王賢慧, 陳光巖 申請人:中國石油天然氣股份有限公司